1480MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼零部件冷沖壓模具變形解決方案
由于高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼具有超高的強(qiáng)度和優(yōu)異的塑性，應(yīng)用于車身零部件在減輕車身重量的同時(shí)，還能提高汽車車身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及能量吸收能力，因此高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛。典型的超高強(qiáng)鋼應(yīng)用零件有前、后門左/右防撞梁，前、后保險(xiǎn)杠，A/B/C柱加強(qiáng)板，下邊板，地板中通道及車頂加強(qiáng)梁等各種結(jié)構(gòu)件。截至目前，高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼仍然是最經(jīng)濟(jì)、最有效的輕量化途徑之一，且1480MPa級(jí)高強(qiáng)度材料的商業(yè)化正在接近。然而，高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度比傳統(tǒng)低強(qiáng)度鋼有很大的提高，且其硬度是傳統(tǒng)低強(qiáng)度鋼板的4～5 倍。進(jìn)而超高強(qiáng)度鋼的大量使用會(huì)給汽車模具設(shè)計(jì)、制造和使用帶來諸多問題。
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①????? 模具失效和非正常損毀變得越來越頻繁，如模具強(qiáng)度不夠造成的壓裂
②????? 模具變形導(dǎo)致零件精度下降和生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定，模具磨損嚴(yán)重及壽命變低等
③????? 目前模具設(shè)計(jì)基于傳統(tǒng)方案即選擇更好的模具材料或增大模具尺寸來解決潛在的由于模具變形
引起的問題，這樣必然導(dǎo)致材料的浪費(fèi)及制造成本和搬運(yùn)成本的增加 |
綜上，沖壓模具的結(jié)構(gòu)變形對(duì)模具的設(shè)計(jì)制造及鈑金件的成形精度都存在影響。因此，對(duì)模具的受力變形進(jìn)行模擬分析是很有必要且至關(guān)重要。利用 JSTAMP 對(duì)沖壓成形和模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行解耦有限元分析，研究模具各部件在成形過程中的應(yīng)力分布規(guī)律和變形結(jié)果，可以為模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和模具疲勞校核提供參考，且在沖壓成形仿真過程考慮模具結(jié)構(gòu)變形的影響以進(jìn)一步提升制品的成形精度。
? ?解決方案一 弱耦合模具變形分析功能 ??
采用傳統(tǒng)的彈塑性模型有限元法分析耦合模具變形和沖壓成形，有限元模型增大，通常的計(jì)算機(jī)設(shè)備很難支撐，分析時(shí)長也很難被設(shè)計(jì)人員接受。借助JSTAMP /NV 軟件已有的模具變形分析模塊，可以快速實(shí)現(xiàn)模具變形分析以及考慮模具變形的沖壓成形分析。其基本思路與原理為：首先，對(duì)超高強(qiáng)鋼零件的沖壓過程進(jìn)行模擬仿真，提取板料與模具之間的接觸載荷信息。然后，將此載荷信息映射到實(shí)體模具網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，對(duì)模具型面及其機(jī)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形分析。最后，在得出結(jié)構(gòu)變形量數(shù)據(jù)后，對(duì)前期設(shè)計(jì)的模具型面作相應(yīng)的補(bǔ)償修正，以期達(dá)到提升制品精度、校核模具強(qiáng)度與剛度及優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)與材料的目的。
?? 解決方案二 強(qiáng)耦合模具變形分析功能? ?
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區(qū)別于以上所述的第一種弱耦合模具變形解決方案，已經(jīng)發(fā)布的強(qiáng)耦合模具變形分析的機(jī)理如下，不僅能夠使用實(shí)體單元和模具彈性體模型進(jìn)行模具變形全過程分析，進(jìn)而再現(xiàn)真實(shí)的合模過程以提升CAE 計(jì)算的精度，預(yù)測模具的變形量用來指導(dǎo)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并可視化模具的受力方便更進(jìn)一步地理解模具變形的內(nèi)在原理；而且能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)模具變形的快速分析且具備以下3個(gè)特征。
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①????? 計(jì)算中應(yīng)用粗密相結(jié)合的耦合模型
ü 模面和結(jié)構(gòu)單元分別劃分單元并結(jié)合
ü 用于板材成形計(jì)算的模面詳細(xì)殼單元網(wǎng)格可以保持模面形狀不變
ü 用于模具剛度計(jì)算的模具結(jié)構(gòu)粗實(shí)體單元可以減少前處理和計(jì)算時(shí)間
②????? 強(qiáng)大的模具結(jié)構(gòu)的輔助建模設(shè)置功能
ü 自動(dòng)提取接觸面
ü 轉(zhuǎn)換各種分析條件，例如載荷、強(qiáng)制位移及約束等
③????????? 沒有模具結(jié)構(gòu)模型情況下系統(tǒng)可自動(dòng)完成建模
ü 自動(dòng)生成簡易擠出模型形狀
ü 簡化模具間的接觸面 |
?? 結(jié)論? ?
（已經(jīng)發(fā)布的強(qiáng)耦合模具變形分析功能非常適合超高強(qiáng)度材料模具設(shè)計(jì)）
隨著高強(qiáng)度鋼在汽車車身上的廣泛應(yīng)用，沖壓模具結(jié)構(gòu)變形問題也日益突出，對(duì)模具的受力變形進(jìn)行模擬分析是有效的解決辦法之一。專業(yè)的鈑金成形仿真軟件 JSTAMP提供兩種模具結(jié)構(gòu)變形分析的解決方案，一是弱耦合模具變形分析，需要對(duì)板材成形模擬與模具變形分析分別單獨(dú)逐步計(jì)算，操作步驟多，主要用于評(píng)估模具剛度；二是強(qiáng)耦合模具變形分析（已經(jīng)發(fā)布的新功能新選項(xiàng)），將模具當(dāng)作彈性體并劃分實(shí)體單元與板材成形計(jì)算集成，同時(shí)計(jì)算板材成形模擬與模具變形分析，非常適合超高強(qiáng)度材料模具設(shè)計(jì)。
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